Стенд для исследования напряженно-деформированного состояния модели сборной крепи подземной выработки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИД ЛИСТ ИЧЕСКРЕСПУБЛИК 119) 01) 2 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Г)С; чтец ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МОДЕЛИСБОРНОЙ КРЕП 11 ПОДЗЕМНОЙ ВЫРАБОТКИ довате строи(57) Изобрет пром-ти, в ч оборудованию лей подземнь вышение эльфе институт т по ение относит астности к л к горн раторн тва В.Ф 622 араб1.5(кое ев 88 для исследов ния моде- Цель - по)х сооружений видетельство СССР 2 1 Р 11/00, 1976, детельство СССР 2 1 В 11/00, 1985 тивности исследова за счет увел ния, отвечаю работы креп) чения режи нагружесловиям щих различных В корпусе 1 енда рас скип тельс (72) (53) (56) У 53Ав 1 а Автор249,торск9854,1 Р 11/00, Е 21 С 39/0013720 положены опирающаяся на шаблон испытываемая модель крепи и нагрузочное устройство. Последнее выполнено в виде пружинно-рычажных динамометров (ДМ) 24 в виде рамы 25. Внутри рамы 25 расположен рычаг 26 со штифтами 27. Последние взаимодействуют с соосно сочлененными и зафиксированными на раме 25 упорами 35 и 36. На раме 25 закреплена направляющая 34, на которой установлена планка 32 с воэможностью перемещения вдоль нее. Один конец рычага 26 выполнен с упором на шток 2, взаимодействующий с моделью, а второй соединен с закрепленной на планке 32 пружиной 31. Загружение модели на шаблоне ведется при помощи ДМ 24. Упоры 35 и 36 устанавливаются в одно из трех положений 1, 11, 111, обеспечивающих передачу усилий на штоки 2 в заданнойпропорции (например, 1:3:9 или1/3:1:3), которое требуется призаданном исследовании, Рвчаг 26 устанавливается параллельно раме 25.По направляющей 34 перемещают планку 32. Пружина 31 растягивается,увеличивая длину а до расчетного значения нагрузки от контактного (горного) давления. Загружение модели нашаблоне возможно с вариантами в зависимости от значений причины нагрузки от контактного (горного) давления. 3 ил.Изобретение относится к горной. промышленности, и в частности к лабораторному оборудованию для исследования моделей подземных сооружений.Цель изобретения - повышение эф фективности исследования за счет увеличения режимов нагружения, отвечающих различным условиям работы крепи.На фиг, 1 изображен предлагаемый стенд, общий вид; на фиг. 2 - раз 10 рез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.Стенд имеет корпус 1, в котором смонтировано нагрузочное устройство,15 состоящее из штока 2 с правой и штока 3 с левой резьбой, соединяемых муфтой 4. Головка 5 штока 3 выполнена в форме клина. На муфте 4 смонтирована подвижная опора 6 (фиг. 2). Между подвижной 6 и неподвижной 7 опорами (фиг. 3) размещена тарированная пружина 8 сжатия. Жесткость пружины подбирается в соответствии с модулем деформации или коэффициентом упругого отпора примыкающих к крепи (обделке) пород.Для определения величин нагрузки на неподвижной опоре 7 закреплена шкала 9 с рабочим нониусом 10 и нониусом-фиксатором 11. Шток 3 опирается на модель обделки (крепи) 12 через распределительные бобышки 13 и упругие прокладки 14 (фиг, 2). Модеь обделки 12 опирается на шаблон 15 (фиг. 1).Шаблон 15 состоит из сегментов 16 и 17, к которым прикреплены опоры, 11 и 19, соединенные муфтами 20 с правой и левой резьбой по концам. До приложения нагрузки сегменты 16 и 17 расположены с зазором 21 (фиг. 2). В собранном виде шаблон представляет собой прочную и жесткую (беэ люфтов) конструкцию. Вращая муфты 20, сегменты можно сдвигать (смыкать) и раздвигать на требуемое расстояние.Элементы сборной крепи 12 своей внутренней стороной опираются на шаблон 15 по всему его контуру, контактное давление передается с внешней стороны крепи.Сегменты 16 и 17 разъемным соединением 22 прикреплены к диску 23, который установлен в корпусе 1 по тугой посадке, обеспечивая требуемую жесткость шаблона и предотвращение формоизменения сборной крепи во время задания контактного (горного) давления.Шаблон нужен для того, чтобы не- нагруженную модель сборной крепи можно было бы собрать с наибольшей точностью (эксцентриситетом, эллиптичностью и т,п.) и задать контактное(горное) давлс цие требуемой величины,в том числе асметрчное, без изменения первоначально заданной формысборной крепи (обделки).5Пружинно-рычажный динамометр 24,который состоит из рамы 25, внутрикоторой расположен рычаг 26 со штифтами 27, один конец рычага 26 черезпризму 28 опирается на шток 2, а другой посредством призмы 29 и оправки30 соединен с пружиной 31 растяжения, закрепленной на подвижной планке 32, установленной на раме 25 свозможностью перемещения с помощьювинта 33 по направляющей 34 вдоль продольной оси пружинно-рычажного динамометра 24. На раме 25 соосно сочлененные упоры 35 и 36 установлены водно иэ возможных трех положений 1,11 или 111, строго зафиксированные нараме 25 и рычаге 26 и обеспечивающиепередачу нагрузки на штоки 2 и 3 взаданной пропорции, например, 1:3:9,или 1/3:1:3, где за 1 принята величина нагрузки от контактного (горного)давления (фиг. 3),Заостренный в форме клина упор 35имеет прорезь, в которую входят запрессованные в рычаг 26 штифты 27,необходимые для строгой фиксации упора 35 и передачи нагрузки на штоки2 и 3 в соответствующей пропорции.Нормальное положение рычага 26параллельно раме 25, на которой нанесены отметки нормального положениярычага 26. Величина прикладываемойнагрузки определяется или задается потарировочному графику, построенномупо замерам длины а растянутой пружи 40ны 31, измеряемой между подвижноипланкой 32 и неподвижной пластиной 37.Работа стенда осуществляется вследующем порядке.Вращением муфты 20 устанавливают45величину зазора 21 между сегментами16 и 17 шаблона (фиг. 2). Разъемнымсоединением 22 прикрепляют шаблон 15к диску 23, последний устанавливаютв корпус 1 (фиг. 1). Корпус располагают горизонтально для удобства монтажа сборной обделки. Модель обделки 12 собирают на шаблоне 15. Понаружному контуру обделки 12 размещают распределительные бобышки 13 наупругих прокладках 14 (фиг. 2). 55Загружение модели на шаблоне возможно, когда моделируются нагрузки,соответствующие нагрузке от контактного (горного) давления ио всему контуру модели и.п на его части (например 56/57, 55/57, 54/57 и т.п.) (первьп вариат)моделируются нагрузки,превышающие нагрузки от контактного (горого) давления ца части контура модели (либо сосредоточенные) (второй вариант); задаются нагрузки с боьпей точностью, если по величине оци меньше нагрузки от контактного (горного) давления ца части контура модели (третий вариант) и нагрузки нет на части контура модели (четвертьп вариант),Загружение. модели ца шаблоне попервому варианту осуществляется в следующем порядке, Во всех пружинно- рычажных дицамометрах 24 или расположенной на части (например 56/57, 55/57, 54/57) контураодел вывинчивакт винтовой упор 36 на 10-20 мм, либо снимают упор 35. Затем каждьп шток 2 и 3 вращением муфты 4 загружают до расчетного значения нагрузки от контактного горного давления, снимаемого по шкале 9 рабочим цониусом 10, который перемещается по мере сжатия пружины 8. На всех пкалах устанавливают ноциус-фиксатор 11 на одном уровне с рабочим нониусом 10, чтобы зафиксировать первоначально заданноераспределение нагрузок от контактного (горного) давления. Загружецие модели ца шаблоне по второму и третьему вариантам осуществляется в следующем порядке. На части контура модели, где моделируются нагрузки соответственно больше или меньше нагрузки от контактного (горного) давления, вывинчивают подвижную опору 6 к центру муфты 4, освобождая от контакта с рамой 25 неподвижную опору 7. Далее загружение ведется только пружиннорычажными динамометрами 24, у которых упоры 35 и 36 устанавливают в одно из трех положений 1, 11, 111, обеспечивающие передачу усилий на штоки 2 и 3 в заданной пропорции, например, 1;3:9 или 1/3:1;3, в то, которое требуется при заданном исследовании (испытании). При этом прорезь в упоре 3 должна войти в штифт 27, запрессованный в рычаге 26, а последний устанавливается в нормальное положение, т.е. параллельно раме 25 в соответствии с отметками нормального положения, 1372052Вращения винта 33 перемещают подвижную планку 32 по направляющей 34, при этом пружина 31 растягивается, увеличивая длину а, которая измеряется (металлической линейкой, штангенциркулем или микрометром - в зависимости от требующейся точности измерения конкретного исследования) между подвижной планкой 32 и неподвижной 10 пластиной 37 (фиг. 3) до расчетного значения нагрузки от контактного (горного) давления.Нагрузка пружины 31 через оправку 30, призму 29 от одного конца рычага 26 через соосно сочлененные упоры 35 и 36 передаются на другой конец рычага 26, призму 28, шток 2, муфту 4, шток 3, бобышки 13, подкладку 14 на модель 12 и шаблон 15 (фиг. 2 и 3) 20Загружение модели по четвертому варианту на шаблоне, когда нагрузки нет на части контура модели, тогда здесь штоки 2 и 3 остаются незагруженными, для этого выполняются следу ющие операции: вывинчивают подвижную опору 6 к центру муфты 4, осовбождая от контакта с рамой 25 неподвижную опору 7, вывинчивают винтовой упор 36 на 10-20 мм либо снимают упор 35.Модель на шаблоне может быть загружена нагрузками, распределенными по любому закону, а также сосредоточенными, симметричными и асимметричными. Показан случай, когда нагрузки в вертикальном направлении имеют35 большую величину. Если заранее неизвестно преимущественное направление нагрузки, то используют шаблон, у которого имеется два зазора 21, расположенные в двух взаимно перпендикулярных направлениях.После полного загружения модели на шаблоне по одному из описанных вариантов или любой их комбинации корпус 1 устанавливают в вертикальное положение, например в поляризационную установку, и приступают к удалению шаблона 15, снимают все элементы разъемного соединения 22. Вращением муфты 20 сегменты 16 и 17 смыкают 50 (сдвигают друг к другу) до их осво- бождения от давления, извлекают сразу весь шаблон (в направлении из плоскости модели) и диск 23.По мере смыкания сегментов 16 и 17 55 шаблона 15 происходит формоизменение сборной обделки (крепи) 12 (круглая приобретает эллиптическую форму либо несколько отличающуюся от таковой при асимметричной нагрузке) и перерас пределение контактных давлений до возникновения состояния равновесия системы крепь-массив. При этом рабочие нониусы 10 показывают величину действующих контактных давлений,На части контура крепи, где контактное давление стало .больше первоначального, действует пассивный отпор, равный их разности: величина определяется разностью отсчетов с рабочего нониуса 10 и нониуса-фиксатора 11.На части контура крепи, где контактное давление стало меньше первоначального, сказывается разгружающее действие массива, окружающего крепь, и оно равно их разности; величина определяется разностью отсчетов с нониуса-фиксатора 11 и рабочего нониуса 10.При необходимости сохранить первоначально заданную величину контактного (горного) давления или нагрузку, то по мере смыкания сегментов 16 и 17 шаблона 15 вращением муфты 4 сохраняют расположение рабочего нониуса 10 на одном уровне с нониусомфиксатором 11, а на пружинно-рычажном динамометре 24 сохраняют нормальное положение рычага 26 также вращением муфты 4.Если по мере смыкания сегментов 16 и 17 шаблона 15 сохранять на пружинно-рычажном динамометрах 24 нормальное положение рычага 26 вращением винта 33, а не муфтой 4, то после возникновения равнОвесия в системе крепь-массив по разности фактически полученной и первоначально заданной (или наоборот) длины а растянутой пружины 31 и тарировочному графику определяют нагрузки пассивного отпора (или разгружающего действия массива).При эагружении по четвертому варианту и исследованиях напряженно-деформированного состояния сборной обделки тоннелей в процессе ликвидации пустот и выявлении оптимального давления контрольного нагнетания раствора за тоннельную обделку после снятия шаблона 15 и диска 23 ненагруженные ранее штоки 2 и 3 нагружают вращением винта 33 ступенями. Каждыйраз фиксируют величину нагрузки и какона сказывается на напряженно-деформированном состоянии модели, например по картине полос, получаемой в поляризованной установке, подсчитывая число полос интерференции или определяя разность хода компенсацией. Испытания прекращают по достижении требуемой величины нагрузки контрольно го нагнетания или по достижении в наиболее опасном сечении модели величины напряжений, соответствующих пределу прочности натурного материала модели, Полученную величину давления 15 считают оптимальной по данному критерию. Возможны и другие критерии для прекращения исследования (испытания).20По любому варианту фиксация отсчетов возможна на любой стадии исследования (испытания), а соответствующие им напряженно-деформированное состояние модели фиксируют на фотопластин ки или на экране поляризационной установки величины перемещений измеряют микроскопом или компаратором, напряжения по всему полю модели по отдельным сечениям разделяют с помощью ЭВИ, ЗО получая компоненты тензора напряжений. После выполнения исследований модель из стенда извлекают в порядке,обратном ее нагружению,Формула и э обретенияСтенд для исследования напряженнодеформированного состояния моделисборной крепи подземной выработки,включающий корпус, расположеннуювнутри него и опирающуюся на шаблониспытываемую модель крепи и нагрузочное устройство, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повышенияэффективности исследования эа счетувеличения режимов нагружения, отвечающих различным условиям работы крепи, нагруэочное устройство выполненов виде пружинно-рычажных динамометров,каждый из которых выполнен в видерамы, внутри которой расположен рычаг со штифтами, взаимодействующимис соосно сочлененными и зафиксированными на раме упорами, при этом одинконец рычага выполнен с упором нашток, взаимодействующий с модельюкрепи, а второй соединен с пружиной,закрепленной на планке, при этом каждый динамометр имеет закрепленнуюна раме направляющую, на которой установлена планка с возможностью перемещения вдоль нее.рректор А. Зимокос Редактор М. Блана аз 462/27ВНИИПИ д. 4/5 оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проект Тирах 459 Государственного по делам изобретений 3035, Москва, Ж, Раув